DE2340603C3

DE2340603C3 - Rostfreier Stahl mit hohem Chrom- und niedrigem Nickelgehalt mit hoher Korrosionsbeständigkeit und hoher Zugfestigkeit

Info

Publication number: DE2340603C3
Application number: DE19732340603
Authority: DE
Inventors: Hisashi Shijonawate Osaka Hiraishi
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1973-08-10
Filing date: 1973-08-10
Publication date: 1985-02-21
Also published as: DE2340603A1; DE2340603B2

Description

Kohlenstoff	bis zu 0,10%
Silicium	bis zu 2,0%
Mangan	bis zu 2,0%
P und S zusammen	bis zu 0,04%
Chrom	24 bis 30%
Nicke!	2,0 bis 3.0%
Molybdän	04 bis 1,0%
Niob	0,03 bis 0,10%
Kupfer	0,4 bis 1,0%
Eisen	Rest

2. Rostfreier Stahl mit hohem Chrom- und niedrigem Nickelgehalt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl folgende Bestandteile, bezogen auf das Gewicht, aufweist:

Kohlenstoff	0,03 bis 0.10%
Silicium	05 bis 2,0%
Mangan	05 bis 2,0%
Phosphor plus Schwefel
zusammen	0 bis 0,04%
Chrom	24 bis 30%
Nickel	2,0 bis 3,0%
Molybdän	05 bis 1,0%
Niob	0,03 bis 0,10%
Kupfer	0,4 bis 1,0%
Eisen	Rest

Die Erfindung bezieht sich auf einen rostfreien Stahl mit hohem Chrom- und niedrigem Nickelgehalt, mit hoher intergranularer Korrosionsbeständigkeit, Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit und hoher Zugfestigkeit. Der rostfreie Stahl gemäß der Erfindung besitzt eine Struktur, die zum überwiegenden Teil aus Ferrit und zum geringeren Teil aus Austenit aufgebaut ist und ist gegenüber dem Angriff durch Säure sehr beständig.

Der bekannte rostfreie Stahl mit Austenitmatrix, wofür ein typisches Beispiel der 18Cr-8Ni-Stahl ist, ergibt hohe Beständigkeit gegenüber Säureangriff und wird in verschiedenen korrosiven Umgebungen verwendet, besitzt jedoch den Nachteil intergranularer Korrosion und Spannungskorrosionsrißbildung.

Andererseits liefert der bekannte rostfreie Stahl mit ferritischer Matrix, wofür typische Beispiele der 18Cr-Stahl und 25Cr-S;ahl sind, eine unterlegene Korrosionsbeständigkeit im Vergleich mit dem restfreien Stahl mit austenitischer Matrix und kann nur unter beschränkten korrosiven Umgebungen verwendet werden, besitzt jedoch das deutliche Merkmal, daß die intergranulare Korrosion und die Spannungskorrosionsrißbildung nur zu einem geringen Ausmaß auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines neuen rostfreien Stahls mit hohem Chrom- und niedrigem Nickelgehalt, der eine hohe Korrosionsbeständigkeit und eine hohe Zugfestigkeit sowie eine hohe Beständigkeit gegenüber intergranularer Korrosion und Spannungsrißkorrosion aufweist Damit ist der Werkstoff unter strengen Korrosionsbedingungen z. B. in der chemischen Industrie und Papierherstellungsindustrie verwendbar.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch die Schaffung eines Suhls der vorstehend angegebenen Art, der durch die folgende Zusammensetzung (in Gew.-%) gekennzeichnet ist

Kohlenstoff	bis zu 0,10%
Silicium	bis zu 2,0%
Mangan	bis zu 2,0%
P und S zusammen	bis zu 0,04%
Chrom	24 bis 30%
Nickel	2,0 bis 3,0%
Molybdän	05 bis 1,0%
Niob	0,03 bis 0,10%
Kupfer	0,4 bis 1,0%
Eisen	Rest

Gemäß der Erfindung wird ein neuer rostfreier Stahl geschaffen, der sowohl hohe Festigkeit, verglichen mit derjenigen des bekannten rostfreien Stahls mit austenitischer Matrix als auch eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit ohne intergranulare Konosion und Spannungskorrosionsrißbildung aufweist

Aus der DE-AS 20 25 359 ist die Verwendung eines halbferritischen, nichtrostenden Stahles, bestehend aus

Kohlenstoff	bis 0,2%
Mangan	1 bis 10%
Chrom	14 bis 25%
Silizium	bis 3%
Nickel	bis 5%
Molybdän	bis 3%
Kupfer	bis 5%
Kobalt	bis 10%
Stickstoff	bis 03%
Titan	bis 1 °/o
Niob	bis 1 %
Bor	bis 0,005%
Aluminium	bis 05%

Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, mit der Maßgabe, daß die gegenseitige Abhängigkeit des Cr-Äquivalents: (% Cr) + (% Si) + (% Mo)+4(% Ti + % Nb) und des Nickeiaquivalents: (% Ni) + 05(% Mn)+05(% Cu)+(% Co) + 20(% C+ N₂) durch die von dem Polygonzug mit den Eckpunkten A (15/45), B (185/8), C (24/8), D (24/6) und E (20/2) im Äqvz-Aqo'Diagramm umschlossene Fläche bestimmt ist, als Werkstoff für die Herstellung von Heißwasserbehältern, Automobilkühlern, Auspufftöpfen, geschweißten Rohren, Rosten und Dachhaken, bekannt. Es handelt sich jedoch bei diesem bekannten Stahl um einen Chrom-Mangan-Stahl. Selbst wenn es sich bei der dort beispielsweise angegebenen Stahlzusammensetzung von 0,15% C. 5,5 bis 75% Mn, 1,0% Si, 0,06% P, 0,03% S, 3,5 bis 55% Ni, 16 bis 18% Cr um einen Chrom-Nickelstahl handelt, wird jedoch die erfindungsgemäß vorgeschriebene Zusammensetzung nicht erreicht.

Ferner beschreibt die US-PS 27 50 283 rostfreie Stahlblöcke von wenigstens 25,4 cm χ 25,4 cm Größe und mit verbesserten Heißwalzeigenschaften, die etwa 10 bis 35% Chrom, bis zu etwa 35% Nickel, bis zu etwa 20% Mangan, bis zu etwa 5% Silicium, bis zu etwa 50% Kobalt, bis zu etwa 10% Molybdän, bis zu etwa 10% Kupfer, bis zu etwa 5% Aluminium, bis zu etwa 5% von Columbiuin. Tantal. Vanadium. Zirkon und Titan, und etwa 0,00005% bis 0.004% Bor enthält, wobei der

111

15

G.isamtlegierungsgehalt sich auf wenigstens 35% beläuft und der Rest aus Eisen besteht Bei dieser bekannten Stahlzusammensetzung müssen lediglich die Komponenten Chrom und Bor unbedingt vorhanden sein, während die übrigen Legierungsbestandteile beliebig gewählt wenden können. Der spezifische Chrom-Nickel-Stahl gemäß der Erfindung wird durch diese breite Lehre nicht nahegelegt Darüber hinaus wird bei den be'sannten Stahlzusammensetzungen durch den gewollten Zusatz von Bor — das in der Stahlzusammensetzung gemäß der Erfindung nicht enthalten ist — ein völlig verschiedenes Problem gelöst, nämlich eine Verbesserung der Heißverarbeitbarkeit

Aus der DE-OS 21 24 391 ist ein nichtrostender Stahl, bestehend aus

weniger als 0,06 Gew.-% C,

weniger als 1 Gew.-% Si,

weniger als 2 Gew.-% Mn,

20bis35Gew.-%Cr, weniger als 8 Gew.-% Ni,

1,0 bis 5,0 Gew.-% Mo,

03bisl,5Gew.-%Nb,

Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen,

25

bekannt

Dieser Stahl wird zur Herstellung von Bauteilen, die gegenüber Grübchenkorrosion in einer Chloridionen enthaltenden Umgebung widerstandsfähig sind, beispielsweise für Bauteile, die mit Seewasser in Berührung kommen, oder in chemischen Anlagen verwendet. Dieser bekannte Stahl ist jedoch von dem erfindungsgemäß angegebenen rostfreien Stahl hinsichtlich der Zusammensetzung wesentlich verschieden. So werden sehr breite Bereiche mit Bezug auf Cr, Mo und Nb angegeben, wobei Ni keine unbedingt erforderliche Komponente darstellt. De-- erfindungsgemäß angegebene Stahl weist neben einer sehr hohen Korrosionsbeständigkeit gleichzeitig eine hohe Zugfestigkeit und eine hohe Beständigkeit gegenüber intergranularer Korrosion und Spannungsrißkorrosion auf und eignet sich daher insbesondere als Werkstoffmaterial unter strengen Korrosionsbedingungen, wie sie z. B. in der Papierherstellungsindustrie vorherrschen.

In »Technische Mitteilungen Krupp«, Bd. 12 (1954), Nr. 3, Seiten 67 bis 72, sind in Tafel 1 (vgl. Seite 67, rechte Spalte), Stähle verschiedener Zusammensetzungen beschrieben. Von diesen Stählen enthalten die Stähle Nr. 31 bis 34 und Nr. 22 bis 24 kein Kupfer, jedoch Titan in den angegebenen Mengen. Jedoch kann die Anwesenheit von Titan die Ausbildung des Präzipitats der intergranularen Reaktion (Ausfällung von Nitrid) nicht verhindern. Die Legierungskomponente Niob wird in Tafel 1 gar nicht erwähnt. Es ist in diesem Zusammenhang zu beachten, daß sowohl Kupfer als auch Niob für die Stahlzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung Mußkomponenten sind, die für die erwünschten Eigenschaften des Stahls gemäß der Erfindung wichtig sind.

Anhand von umfangreichen Untersuchungen bezüglich der Zusammensetzungen und Eigenschaften von rostfreiem Stahl mit austenitischer Matrix wurde gefunden, daß der vorstehend beschriebene rostfreie
Stahl mit sowohl hoher Festigkeit als auch vorteilhafter Korrosionsbeständigkeit erhalten werden kann, indem
eine bestimmte Menge Ni, Mo und Cu, wie vorstehend
angegeben, zu dem rostfreien Stahl mit hohem
Cr-Gehalt zugesetzt wird. Die Matrix des Stahls gemäß

30

35

40

50

60

65 der Erfindung ist zum vorwiegenden Teil aus Ferrit und zum geringeren Teil aus Austenit, verursacht durch die Zugabe von Ni aufgebaut Sämtliche hier angegebenen Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht

Aus den nachfolgenden Beispielen geht hervor, daß dieser rostfreie Stahl eine weit überlegene Beständigkeit gegenüber dem Angriff von Säuren im Vergleich mit derjenigen des üblichen austenitischen rostfreien Stahls ergibt

Nachfolgend werden die Zeichnungen beschrieben.

F i g. 1 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Korrosionsverlust und dem Cr-Gehalt des rostfreien Stahls gemäß der Erfindung, eingetaucht in eine siedende wäßrige 5%ige H2SO4-LO-sung während 6 Std. wiedergibt

Fig.2 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Korrosionsverlust und dem Ni-Gehalt des rostfreien Stahls, eingetaucht in eine siedende wäßrige 5%ige H2SO4- Lösung während 6 Std. wiedergibt.

Fig.3 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Korrosionsverlust und dem Mo-Gehalt des rostfreien Stahls, eingetaucht in eine siedende wäßrige 5%ige H₂SO₄-Lösung während 6 Std. wiedergibt.

Fig.4 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Korrosionsverlust und dem Nb-Gehalt des rostfreien Stahls, eingetaucht in eine siedende wäßrige 5°/oige rhSCVLösung während 6 Std. wiedergibt.

Fig.5 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Korrosionsverlust und dem Cu-Gehalt des rostfreien Stahls, eingetaucht in eine siedende wäßrige 5%ige HjSCVLösung während 6 Std. wiedergibt.

Fig.6 ist eine graphische Darstellung, welche den Korrosionsverlust des rostfreien Stahls gemäß der Erfindung und denjenigen von bekanntem rostfreien Stahl wiedergibt, wobei sämtliche in eine siedende wäßrige 5%ige H₂SO4-Lösung während 6 Std. eingetaucht sind.

Die bevorzugten Bereiche der Gehalte der Legierungselemente sind durch die folgenden Gründe bestimmt.

Die Menge an C, Si und Mn in diesem rostfreien Stahl ist die des üblichen ferritischen rostfreien Stahls.

Weniger als 24% Cr ist nicht wirksam zur vollständigen Erzielung der Korrosionsbeständigkeit des erhaltenen Stahls wie sich aus Fig.4 ergibt, während mehr als 30% Cr die Herstellung des Stahls schwierig macht. Ein Ni-Gehalt von weniger als 2% oder mehr als 3% verringert die Korrosionsbeständigkeit des erhaltenen Stahls, wie in F i g. 2 gezeigt.

Mo dient zur Verfestigung des passiven Zustands des Fe-Cr-Ni-Stahls. Weniger als 0,5% Mo ergibt schlechte Beständigkeit gegenüber dem Angriff von H2SO4 wie in Fig.3 gezeigt, während mehr als !,0% Mo unwirtschaftlich ist und die Schlagfestigkeit des erhaltenen Stahls herabsetzt.

Nb ist als ein Element bekannt, das die Beständigkeit von rostfreiem Stahl gegenüber dem Angriff von H2SO4 verbessert. Weniger als 0,03% Nb ist nicht wirksam hinsichtlich der Verbesserung der Beständigkeit gegenüber dem Angriff von H2SO4, wie in F i g. 4 gezeigt ist, während mehr als 0,10% Nb unwirtschaftlich ist und die Korrosionsbeständigkeit nicht weiter erhöht.

Cu dient in wirksamer Weise zur Verbesserung der Säurebeständigkeit. Weniger als 0,4% Cu ist nicht

wirksam, während mehr als 1,0% Cu die Zähigkeit des Stahls verringert.

Die Zusammensetzung des rostfreien Stahls mit hohem Cr- und niedrigem Ni-Gehalt gemäß der Erfindung ist wie folgt:

	Gew.-%
Kohlenstoff	0,03 bis 0,10
Silicium	0,5 bis 2,0
Mangan	0,5 bis 2,0
Phosphor plus Schwefel	0 bis 0,04
Chrom	24 bis 30
Nickel	2,0 bis 3,0

Molybdän Niob Kupfer Eisen

03 bis 1,0 0,03 bis 0,10 0,4 bis 1,0 Rest

Die rostfreien Stähle der Erfindung können unter Verwendung üblicher Verfahren zur Herstellung rostfreier Stähle, beispielsweise durch ZentrifugalguD, hergestellt werdeu.

Einige Beispiele der Erfindung, hergestellt nach der Zentrifugalgießmethode, sind mit Bezug auf die Zeichnungen (F i g. 4) und Tabellen 1 und Il beschrieben.

Tabelle I Chemische Zusammensetzungen der rostfreien Stahlproben (Gew.-%)

Probe

Si

Mn

Cr

Ni

Mo

Cu

Nb

Ti

*N-13)**	0,09	0,99	1,06	0,025	0,012	25,62	2,45	0,92	0,99	0,04
*N-14)**	0.08	1,00	1,12	0,026	0,013	28,70	3,00	0,80	0,71	0.04
*N-15)**	0,08	0,98	1.01	0,020	0.018	26,38	2,55	0.72	0,68	0.03
SUS-27)**	<0,08	<l,00	<2,00			18,00	8,00
						20,00	11,00
SUS-29)**	<0,08	<l,00	<2,00				9,00
							13,00
SUS-32)**	<0,08	<l,00	<2,00			16,00	10,00	2,00
						18,00	14,00	3,00

*) Proben des rostfreien Stahls gemäß der Erfindung. *·) Vergleichsproben eines bekannten rostfreien Stahls.

Tabelle II Mechanische Eigenschaften der in Tabelle I angegebenen rostfreien Stahlproben

Probe	Zugfestigkeit	Streckgrenze	Dehnung	Flächen	Korrosion in siedender wäßriger	Lösung
				verringerung	5%iger H₂SO₄-I	Korrosions
					Korrosions	verlust
					verlust	(%)
	(kg/mm²)	(kg/mm²)	(%)	<%>	(g/m²h)
N-13·)	71,5	49,3	25,0	49,8	1,5	3,82 x ΙΟ"³
*N-14)**	70,1	49,0	25,5	48,9	1,6
*N-15)**	69,4	47,6	26,4	50,5	1,6	178X ΙΟ'³
SUS-27)**	49,8	25,1	46,0	60,2		44,1XlO"³
SUS-29)**	>52		>45	>50		9,62XlO"³
SUS-32)**	>52		>45	>60

*) Proben des rostfreien Suhls gemäß der Erfindung. ·*) Vergleichsproben eines bekannten rostfreien Stahls.

Die in Tabelle II wiedergegebenen Daten bezüglich des Korrosionsverlustes sind in Fig.6 graphisch dargestellt

Die folgenden Angaben ergeben sich klar aus den Tabellen und Fig. 6:

Der rostfreie Stahl gemäß der Erfindung liefert bessere Säurebeständigkeit, wie beispielsweise Beständigkeit gegenüber dem Angriff von Schwefelsäure, als die üblichen austenitischen rostfreien Stähle; die

Korrosionsbeständigkeit des Stahls der Erfindung ist

zweimal so groß wie die des üblichen austenitischen rostfreien Stahls SUS-32, zu dem Mo zur Verbesserung der Beständigkeit gegen Schwefelsäure zugefügt wurde.

Die Dehnung und die Flächenverringerung des Stahls

der Erfindung sind gegenüber dem üblichen rostfreien

Stahl mit austenitischer Matrix etwas schlechter, jedoch

sind die Zugfestigkeit und die Streckgrenze des Stahls der Erfindung denjenigen des üblichen rostfreien Stahls mit austenitischer Matrix überlegen.

Ferner ergibt sich, da die Matrix des Stahls der Erfindung ferritisch ist, intergranulare Korrosion und Spannungsrißkorrosion bei dem Stahl nur in geringfügigem Ausmaß.

Somit besitzt der rostfreie Stahl der Erfindung

deutliche Merkmale sowohl rostfreier Stähle mit austenitischer Matrix als auch rostfreier Stähle mit ferritischer Matrix und kann in weitem Umfang in der chemischen Industrie, der Papierherstellungsindustrie und anderen industriellen Anwendungsgebieten, die Stähle mit hoher Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit erfordern, insbesondere Beständigkeit gegenüber Spannungsrißkorrosion, angewendet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Rostfreier Stahl mit hohem Chrom- und niedrigem Nickelgehalt, mit hoher intergranularer Korrosionsbeständigkeit, Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit und hoher Zugfestigkeit, gekennzeichne t d u r c h die folgende Zusammensetzung (in Gewichtsprozent):